【正文】 （ 3） 出口物料的組成 、 溫度與鍋內(nèi)每一處的物料的組成和溫度相同； （ 4）各物料質(zhì)點(diǎn)的停留時(shí)間不同。 特點(diǎn)：某一特定部位的反應(yīng)物的組成、溫度和壓力原則上是恒定的。 特點(diǎn)：反應(yīng)體系中反應(yīng)物的組成隨時(shí)間而改變 ，體系中的溫度和壓力也可以隨時(shí)間而改變 。 （ 3） 在反應(yīng)的溫度 、 壓力 、 和介質(zhì)條件下 ， 具有 良好的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性能 。 化學(xué)反應(yīng)器應(yīng)滿足的條件： （ 1） 對反應(yīng)物料提供 良好的傳質(zhì)條件 ， 便于控制反應(yīng)系統(tǒng)的濃度分布 ， 以利于目的反應(yīng)的順利進(jìn)行 。 如 單程轉(zhuǎn)化率＝ [(nRA,in nRA,out)/ nRA,in] 100% 循環(huán) A 反應(yīng)物 A 反應(yīng)器 分離器 產(chǎn)物 總轉(zhuǎn)化率 ＝ [(nSA,in nSA,out)/ nSA,in] 100% R：反應(yīng)器； S：全過程 例題： . 。 因此有時(shí)需將主反應(yīng)物從產(chǎn)物中分離后循環(huán)使用 ， 有時(shí)甚至是多次循環(huán)使用 。 原料消耗定額： 生產(chǎn)一噸產(chǎn)品需要消耗的原料量。 Y= (35) 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 質(zhì)量收率： （以 Y質(zhì) 表示） 目的產(chǎn)物的質(zhì)量占某一輸入反應(yīng)物質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。對反應(yīng)： Yp＝ 100％ （ np (a/p) / nA,in 式中 ， np －生成目的產(chǎn)物的摩爾數(shù) 。對反應(yīng)： S ＝ 100％ （ np (a/p) / (nA,in— nA,out) 反應(yīng)器 原料 A 產(chǎn)物P 式中 ， np －生成目的產(chǎn)物的摩爾數(shù) 。 注意：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，用不同反應(yīng)物作基準(zhǔn)所得轉(zhuǎn)化率不同。 某反應(yīng)物 A反應(yīng)掉的量 (nA,R)占反應(yīng)器輸入量 (nA,in)的百分?jǐn)?shù)。 (書上的投料化學(xué)計(jì)量數(shù)指將反應(yīng)物均折算成 1:1的比例 )。 即 過量百分?jǐn)?shù) = 100 % （ ne—nt） /nt 式中 ， ne 過量反應(yīng)物的摩爾數(shù) ， nt 與限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所消耗的摩爾數(shù) 。而某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)的理論量，則該物叫過量反應(yīng)物。根據(jù)反應(yīng)需要而定，不一定與化學(xué)計(jì)量比相同。技術(shù)路線選擇的合適與否，最終表現(xiàn)在消耗指標(biāo)上。 ⑤ 特殊材料及設(shè)備 ：來源有保證或有代用品 。 符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) (國家 、 行業(yè) 、 企業(yè) )。 技術(shù)先進(jìn)包括能使用廉價(jià)可靠的原料 、 先進(jìn)的反應(yīng)裝置 、高效的催化劑 、 設(shè)備少 、 流程短 、 能耗低 、 污染物少 、 以及管理方便 、 操作安全等 。 ② 技術(shù)先進(jìn)可靠 。 在一般生產(chǎn)中 ， 原料成本是產(chǎn)品成本的主要部分 。 精細(xì)有機(jī)合成過程的復(fù)雜性 ， 給工藝路線選擇帶來很大困難 。 例如 ， 苯酐的合成 ， 既可以用萘 、 也可以用鄰二甲苯作原料 ， 既可以用固定床 、 也可以用流化床反應(yīng)器反應(yīng)得到 。 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 概述 原料 、 產(chǎn)物 、 催化劑之間縱橫交錯(cuò) 。應(yīng)使得最終產(chǎn)品高質(zhì)量、高收率、成本最低。第 3 章 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 一、概述 對一具體產(chǎn)品，工藝學(xué)上要解決的問題主要包括： 合成路線的確定、原料預(yù)處理方法、反應(yīng)方式及反應(yīng)條件的選擇、產(chǎn)物后處理方法、工藝流程的組織 等。這些問題既要從 技術(shù)角度 考慮，又要從 經(jīng)濟(jì)角度 考慮，還要從對 環(huán)境 的影響（污染物、付產(chǎn)物的處理與排放）上考慮。 精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)過程主要特點(diǎn)有： 產(chǎn)品種類多 、 原料多 、反應(yīng)種類多 （ 各種單元反應(yīng) ） 、 反應(yīng)形式多 （ 均相：氣相 、 液相 ， 非均相：氣－液 、 氣－固 、 液－固等 ， 光有機(jī)合成 、 電解有機(jī)合成 、 酶催化等 ） 、 催化劑多 （ 、 液相 、 氣相 ，還有光 、 熱引發(fā)等 ） 。 如同一種產(chǎn)品可以用不同的原料 、 不同的催化劑 、 或不同的反應(yīng)形式得到 。 再如苯酚的合成 ，工業(yè)上可以采用的路線有 5條：如苯磺化堿熔法 、 氯苯催化水解法 、 異丙苯氧化法 、 甲苯氧化法等 。 C O2E tRH2N R1H C O2E tN H R1RE W GNE t O2CRR1G W ENNE t O2CRR2OOE W GR R1C H2( E W G )2NOR1R2ORNNRR2R1OR3R1HHH C O2E tC H ( E W G )2ROORG W E E W GOOR1R4OR3OOC O2R4R3O2CR1NE tO2CE tO2CRC NN CH C H OE W GE W GH C H OR H N2R1E W GE W GC O2R2R1R3R4O OOR2O2CR1R3R4OC NC NR C H OOE tO2CE tO2CRR N H2NRR3R4O CR2O CR1R2O2C 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 概述 工藝（技術(shù)）路線選擇的主要原則 ① 原料價(jià)廉可靠 。 要考慮：首先選擇價(jià)格便宜 、 來源可靠的原料；還要考慮原料的質(zhì)量和輔助原料的供應(yīng) 。 考慮目前生產(chǎn)合理的現(xiàn)實(shí)意義與持續(xù)生產(chǎn)的長遠(yuǎn)意義 。 ③ 產(chǎn)品合格化和綜合利用 。 ④ 環(huán)境保護(hù)： 切實(shí)可行 。 ⑥ 消耗指標(biāo)： 主要原材料消耗指標(biāo)、熱、能耗指標(biāo)低。 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 二、化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量學(xué) （ 9個(gè)基本概念） 反應(yīng)物的摩爾比： 加入反應(yīng)器中的反應(yīng)物之間的摩爾比。 限制反應(yīng)物和過量反應(yīng)物 ： 不按化學(xué)計(jì)量比投料時(shí)，其中以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物叫限制反應(yīng)物。 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 過量百分?jǐn)?shù) ： 過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)叫過量百分?jǐn)?shù) 。 例：氯苯的二硝化 ClC6H5 + 2HNO3 ClC6H3(NO2)2 ＋ 2H2O 化學(xué)計(jì)量比 1 2 投料摩爾數(shù) ∴ ne = , nt = , 過量 %= ()/10=7% 或按照書上 (.)的計(jì)算方法。 限制反應(yīng)物 過量反應(yīng)物 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 轉(zhuǎn)化率：通常以 X表示。 XA＝ （ nA,R / nA,in ） 100％ ＝ 100％ (nA,in— nA,out)/ nA,in 反應(yīng)器 原料 A 產(chǎn)物P 式中 ， nA,out －從反應(yīng)器輸出的 A量 。 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 選擇性： （以 S表示） 某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成目的產(chǎn)物理論消耗的摩爾數(shù)占該反應(yīng)物在反應(yīng)中實(shí)際消耗掉的總摩爾數(shù)的百分?jǐn)?shù)。 反應(yīng)： aA pP 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 理論收率 (以 Y表示 ) 指某一反應(yīng)物轉(zhuǎn)變成目的產(chǎn)物的摩爾數(shù)占輸入的該反應(yīng)物摩爾數(shù)的百分?jǐn)?shù)。 反應(yīng)： aA pP 轉(zhuǎn)化率 、 選擇性 、 理論收率三者之間的關(guān)系： y = 例題見 . 。 Y質(zhì) =(所得目的產(chǎn)物的質(zhì)量 / 某輸入反應(yīng)物的質(zhì)量 ) 100% 例題 ， 。 （ 對主要反應(yīng)物來說，實(shí)際上是質(zhì)量收率的倒數(shù)） 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率 某些反應(yīng)過程 ， 反應(yīng)物一次經(jīng)過反應(yīng)器后的轉(zhuǎn)化率并不高 ， 有時(shí)很低 。故有單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率之分 。 精細(xì)有機(jī)合成的工藝學(xué)基礎(chǔ) 化學(xué)計(jì)量學(xué) 苯的單程轉(zhuǎn)化率＝ [(10061)/ 100] 100% =% C6H6, 60 C6H6, 100 反應(yīng)器 分離器 產(chǎn)物 例題： （ . ） C6H6, 61 C6H5Cl, 38 C6H5Cl2, 1 C6H6, 1 C6H5Cl, 38 C6H5Cl2, 1 每 100mol苯用40mol氯（為減少二氯苯的生成量） 苯的總轉(zhuǎn)化率 ＝ [(10061)/ (10060)] 100% =% 生成氯苯的選擇性＝ [(38 1/1)/ (10061)] 100% =% 生成氯苯的總收率＝ [(38 1/1)/ (10060)] 100% =% 或 % % = % 化學(xué)反應(yīng)器 (chemical reactor)： 反應(yīng)原料在其中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng) ， 生成目的產(chǎn)物的設(shè)備 。 （ 2） 對反應(yīng)物料提供 良好的傳熱條件 ， 便于熱效應(yīng)的移除或供給 ， 以利于反應(yīng)系統(tǒng)的溫度控制 。 （ 4）能適應(yīng)反應(yīng)器的操作方式（間歇或連續(xù)操作） 間歇操作 (Batch process)： 將各種原料按一定的順序加到反應(yīng)器中 ， 并在一定溫度 、 壓力下經(jīng)過一定時(shí)間完成特定的反應(yīng) ， 然后將反應(yīng)好的物料從反應(yīng)器中放出 。 連續(xù)操作 (continuous process)： 將各種原料按一定的的比例和恒定的速度連續(xù)不斷地加入到反應(yīng)器中，并且從反應(yīng)器中以恒定的速度連續(xù)不斷地排出反應(yīng)物。 與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備相似 ，所不同是規(guī)模大 ， 制造材料和傳熱方式不同 。 加料 產(chǎn)物 理想混合反應(yīng)器 返混 ： 新加入的物料與已存留在鍋內(nèi)的物料的混合 理想混合型反應(yīng)器缺點(diǎn) ： （ 1） 由于鍋內(nèi)物料組成與出口物料的組成相同 ， 則反應(yīng)物料濃度很低 ， 反應(yīng)速度??； （ 2） 出口物料中有未反應(yīng)的原料 ， 影響收率； （ 3） 鍋內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的濃度較高 ， 容易發(fā)生連串副反應(yīng) 。 （ 2） 可提高反應(yīng)速度與設(shè)備生產(chǎn)能力 ， 不同反應(yīng)釜可控制不同的反應(yīng)溫度 。 串聯(lián)釜式反應(yīng)器 （ 活塞流或平推流反應(yīng)器 ） 是典型的管式反應(yīng)器，反應(yīng)原料從管子的入口端進(jìn)入，在管內(nèi)向前流動，經(jīng)過一定時(shí)間后，從管子的出口端流出，在理想條件下，沒有返混作用。 （ 2） 在沿著管子長度不同的點(diǎn) ， 所有物系參數(shù)都不相同 。 氣固相接觸催化反應(yīng)器類型： 絕熱固定床、列管固定床、流化床反應(yīng)器。 列管式固定床反應(yīng)器： 主要用于熱效應(yīng)大，對溫度變化比較敏感、要求轉(zhuǎn)化率高、選擇性好，必須使用粒狀催化劑、催化劑壽命長、不需要經(jīng)常更換催化劑的反應(yīng)過程。 反應(yīng)氣體 反應(yīng)后氣體 1 2 3 4 5 6 7 8 1—加催化劑口 2—預(yù)分布器 3—分布板 4—卸催化劑口 5—內(nèi)部構(gòu)件 6—熱交換器 8—旋風(fēng)分離器 7—?dú)んw 流化床反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 優(yōu)點(diǎn)： ? 采用粉末狀催化劑，催化劑表面利用率高。 鼓 泡 型 三 相 固 定 床 反 應(yīng)器 氣體 液 體 液 體 氣體 淋液型三相 固定床反應(yīng)器 氣 體 液 體 氣 體 液 體 熱交換器 ，指的是 （ 1）選用什么原料，經(jīng)由哪幾步單元反應(yīng)來制備； （ 2）原料的預(yù)處理和反應(yīng)物的后處理； （ 3）采用間歇式操作